يعد تصميم التشغيل الآلي الشامل لتطبيقات الالتقاط والمكان عالية السرعة من بين المهام الأكثر تحديًا التي يواجهها مهندسو الحركة. نظرًا لأن الأنظمة الروبوتية أصبحت أكثر تعقيدًا وارتفعت معدلات الإنتاج بشكل متزايد، يجب على مصممي الأنظمة مواكبة أحدث التقنيات أو المخاطرة بتحديد تصميم أقل من الأمثل. دعونا نراجع بعضًا من أحدث التقنيات والمكونات المتاحة، بالإضافة إلى إلقاء نظرة فاحصة على الأماكن التي يمكن استخدامها فيها.

أذرع الروبوت تناسب التصاميم المدمجة

لا تُعرف أذرع الروبوتات الصناعية عادةً بكونها خفيفة على أقدامها. وبدلاً من ذلك، تحتوي معظمها على إنشاءات كبيرة يجب أن تدعم الأدوات الثقيلة في نهاية الذراع. على الرغم من مزايا التصميم القوي، إلا أن هذه الأذرع الآلية ثقيلة جدًا وضخمة بحيث لا تناسب التطبيقات الحساسة. ولجعل الأذرع الرشيقة أكثر ملاءمة للمهام الخفيفة، شرع مهندسون من شركة igus Inc، الذين يعملون في كولونيا بألمانيا، في تطوير مفصل متعدد المحاور للسماح للأحمال الصغيرة بالدوران حول الذراع. يعتبر المفصل الجديد مناسبًا تمامًا لتطبيقات الالتقاط والوضع الدقيقة حيث يمكن تعديل قوة القابض حسب الحاجة.

تعد المرونة وخفة الوزن من أهم معايير التصميم للمفصل الجديد، والذي يتكون من أدوات تحكم بلاستيكية وكابلات. باختصار، يتم نقل الكابلات من مفصل كتف الذراع بواسطة محركات مؤازرة تعمل بالتيار المستمر بدون فرش من FAULHABER، مما يمنع القصور الذاتي في الذراع، ويسهل الحركة الديناميكية، ويقلل من أثر التصميم.

اعتمد المهندسون في الكثير من تصميماتهم على مفصل الكوع البشري، لذلك تم دمج اثنين من DOFs - الدوران والدوران - في مفصل واحد. على غرار ذراع الإنسان، فإن الجزء الأضعف في ذراع الروبوت ليس العظام (أنبوب جسم ذراع الروبوت) أو العضلات (المحرك الدافع)، ولكن الأوتار التي تنقل الطاقة. هنا، يتم تصنيع كابلات التحكم عالية التوتر من مادة البولي إيثيلين UHMW-PE فائقة القوة والتي تتميز بقوة شد تتراوح من 3000 إلى 4000 نيوتن/مم2. بالإضافة إلى وظائف ذراع الروبوت التقليدية مثل تطبيقات الالتقاط والمكان، فإن المفصل مناسب أيضًا لتركيبات الكاميرا الخاصة أو أجهزة الاستشعار أو الأدوات الأخرى التي تتطلب بنية خفيفة الوزن. تم دمج مستشعر موضع الزاوية المغناطيسي في كل مفصل للحصول على دقة عالية.

تتميز المحركات المؤازرة التي يتم تبديلها إلكترونيًا بكتلة متحركة منخفضة مناسبة للاستخدام الديناميكي: تم تصميم جهد التشغيل 24 فولت تيار مستمر لتوفير طاقة البطارية، وهو أمر ضروري للاستخدام في تطبيقات الهاتف المحمول، بينما يزيد عزم دوران المحرك البالغ 97 ملي نيوتن متر من رؤوس التروس الكوكبية المتوافقة مع القطر إلى القيم المطلوبة عملية الذراع. علاوة على ذلك، فإن محركات الأقراص بدون فرش هذه لا تحتوي على مكونات قابلة للتآكل إلى جانب محمل الدوار، مما يضمن عمر خدمة يصل إلى عشرات الآلاف من الساعات.

يعمل نظام الحركة الخطية على تسريع أتمتة المختبر

وبعيدًا عن عمليات التعبئة والتغليف والتجميع التقليدية، ينتشر أيضًا نظام الانتقاء والمكان في أتمتة المختبرات عالية السرعة. تخيل أنك تتعامل مع ملايين عينات البكتيريا كل يوم، وسيكون لديك فكرة عما من المتوقع أن تتعامل معه مختبرات التكنولوجيا الحيوية اليوم. في أحد الإعدادات، يعمل نظام الحركة الخطية المتقدم على تمكين روبوت مختبر التكنولوجيا الحيوية المسمى RoToR من تثبيت مصفوفات من الخلايا بسرعات قياسية تزيد عن 200000 عينة في الساعة. ينحدر RoToR من شركة Singer Instruments، سومرست، المملكة المتحدة، ويستخدم كنظام آلي للأبحاث الجينية والجينومية والسرطانية. غالبًا ما يخدم أحد هذه الروبوتات العديد من المختبرات المختلفة، حيث يحتفظ العلماء بفترات زمنية قصيرة للتكاثر، والتزاوج، وإعادة الترتيب، ودعم مكتبات البكتيريا والخميرة.

تتعامل وحدة التحكم في الوقت الفعلي مع محاور الحركة الثلاثة التي تنسق حركات التثبيت من نقطة إلى نقطة للروبوت، بالإضافة إلى محور معالجة العينات، وتتفاعل أيضًا مع واجهة المستخدم الرسومية الخاصة بالروبوت. بالإضافة إلى ذلك، تقوم وحدة التحكم أيضًا بإدارة جميع قنوات الإدخال/الإخراج.

بالإضافة إلى وحدة التحكم، قامت شركة Baldor أيضًا بتوفير محرك سيرفو خطي ومحرك وثلاثة محركات متدرجة مدمجة ووحدات قيادة. يقوم الروبوت بإجراء عمليات نقل من نقطة إلى نقطة من المصدر إلى لوحات الوجهة على طول محور محرك مؤازر خطي يمتد على طول عرض الآلة. يدعم هذا المحور رأس محرك متدرج ثنائي المحور يتحكم في عملية التثبيت. في الواقع، يمكن لحركة XYZ المدمجة أن تحرك العينات باستخدام حركة حلزونية معقدة. يتحكم محور المحرك السائر المنفصل في آلية تحميل رؤوس الدبوس. تتحكم القابضات الهوائية والدوارات في حركات الماكينة الأخرى، مثل التقاط رؤوس الدبوس والتخلص منها في بداية العمليات ونهايتها.

كان سنجر ينوي في الأصل استخدام محرك هوائي للمحور العرضي الرئيسي، لكن هذا التصميم لم يتمكن من توفير دقة تحديد الموقع أو السرعة المطلوبة، وكان صاخبًا جدًا بالنسبة لبيئة المختبر. وذلك عندما بدأ المهندسون في التفكير في المحركات الخطية. ابتكر Baldor محركًا مؤازرًا خطيًا مخصصًا بدون فرش مع تعديلات ميكانيكية على المسار الخطي، مما يسمح بدعمه عند أطرافه فقط، وليس على طوله - وبالتالي فإن قوة المحرك تعمل كمحور X الذي يحمل المحورين Y وZ. وأخيرًا، يعمل التصميم المغناطيسي للمحرك الخطي على تقليل التسنن للسماح بحركة سلسة.